Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng: Nghiên cứu các biện pháp bảo vệ cầu khi bị tác động của động đất

NỘI DUNG Chương 1: Tổng quan về sự tác động của động đất Chương 2: Các phương pháp tính công trình chịu động đất Chương 3: Các tiêu chuẩn thiết kế động Chương 4: Những biện pháp nước ng

TỔNG QUAN VỀ SỰ TÁC ĐỘNG CỦA ĐỘNG ĐẤT

NGUYÊN NHÂN CỦA ĐỘNG ĐẤT

1.1.1 Động đất và nguyên nhân của động đất Động đất là hiện tượng điạ vật lý phức tạp, nó thường xuyên xảy ra trong vỏ trái đất Động đất được đặc trưng bởi sự chuyển động hỗn loạn của vỏ trái đất chuyển động đó có phương và cường độ thay đổi theo thời gian Bất kỳ một trận động đất nào cũng đều liên quan đến sự tỏa ra một lượng năng lượng từ một nơi nhất định Có nhiều nguyên nhân dẫn đến sự phát sinh năng lượng gây ra động đất sau đây là một vài nguyên nhân chính thường gặp:

- Sự va chạm của các mảnh thiên thạch vào vỏ trái đất

- Các vụ thử bom hạt nhân ngầm dưới đất

- Các hang động trong lòng đất bị sập

- Sự vận động kiến tạo của trái đất: Đây là nguyên nhân chủ yếu gây ra các vụ động đất Theo thống kê 95% các trận động đất xảy ra trên thế giới có liên quan trực tiếp đến sự vận động kiến tạo Sau đây sẽ nghiên cứu kỹ hơn sự vận động kiến tạo của trái đất

1.1.2 Vận động kiến tạo của trái đất

Sự vận động kiến tạo của trái đất là sự chuyển động tương hỗ không ngừng của các khối vật chất nằm sâu trong lòng đất để thiết lập một thế cân bằng mới Đây là nguyên nhân chính gây ra các vụ động đất Dưới quan điểm của việc tính toán động đất cho công trình nguyên nhân động đất do sự vận động kiến tạo của trái đất được quan tâm nghiên cứu nhiều nhất Người ta quan tâm nhất đến dạng động đất này bởi lẽ nó có khả năng lặp lại thường xuyên, nó giải phóng năng lượng lớn và tác động trên một diện rộng

Ngày nay, quan điểm được công nhận rộng rãi nhất về cơ chế phát sinh động đất kiến tạo là do sự dịch chuyển đột ngột của các khối theo các đứt gãy địa chất Quan điểm này được hỗ trợ vững chắc bởi nhiều quan sát thực tế.

Theo thuyết kiến tạo, thạch quyển (vỏ trái đất) là lớp vỏ cứng được tạo bởi chủ yếu các quần thể đá giàu nguyên tố Si và Mg (gọi tắt là Sima), còn bên trên nó được gắn đôi với các khối lục địa (Á, Âu, Mỹ ) do các quần thể đá giàu chất Si và Al (gọi tắt là Sial) tạo nên Bề dày của thạc quyển vào khoảng 70m ở ngoài biển và 140km dưới các lục địa Tuy bao trùm toàn bộ vỏ trái đất, nhưng thạch quyển không phải là một lớp liên hoàn mà có dạng kiến trúc phân mảng bởi các vết đứt sâu xuyên thủng

Bên dưới thạch quyển là dung nham lỏng, dẻo ở nhiệt độ cao Cấu trúc này làm cho các mảng có sự chuyển động tương đối với nhau Do sự chuyển động ấy các khối lục địa nằm trên các mảng sẽ bị cưỡng bức chuyển động theo (thuyết lục địa trôi nổi)

Ngày nay trên thế giới tồn tại mười một vĩ mảng mang tên Á-Âu, Ấn-Úc, Thái Bình Dương, Bắc Mỹ, Nam Mỹ, Phi, Nam cực, Philippin, Cocos, Caribe và Nazca

Dựa vào quan hệ chuyển động tương đối giữa các mảng, người ta phân ra năm loại chuyển động cơ bản:

- Chuyển động phân ly (hai mảng gần nhau tách dần ra)

- Chuyển động dũi ngầm (mảng nọ dũi xuống mảng kia)

- Chuyển động trườn (mảng nọ trườn lên trên mảng kia)

- Chuyển động va chạm đàn hồi (hai mảng kề nhau thỉnh thoảng va vào nhau rồi sau đó trở lại vị trí ban đầu)

- Chuyển động rúc đồng quy (hai mảng gần nhau cùng châu đầu rúc xuống lớp dung nham lỏng phía dưới)

Trong các chuyển động trên thì chuyển động dũi ngầm và chuyển động trườn có tác dụng gây động đất mạnh hơn cả

Trong quá trình chuyển động trượt tương đối giữa các khối vật chất, người ta nhận thấy rằng: sự chuyển động của các khối này không chỉ là các vận động cơ học đơn giản, mà nhiều khi còn kèm theo sự tích lũy thế năng biến dạng, hoặc kèm theo sự chuyển hoá năng lượng từ trạng thái này (rắn) sang trạng thái khác (lỏng, khí ) Diễn biến trên sẽ dẫn đến sự tích tụ năng lượng ở những vùng xung yếu nhất định trong lòng đất Khi năng lượng tích tụ đạt đến một giá trị giới hạn, không cho phép chúng nằm ở thế cân bằng với môi trường xung quanh, năng lượng sẽ phải thoát ra từ dạng thế năng biến thành động năng và gây ra động đất.

TÁC HẠI CỦA ĐỘNG ĐẤT

1.2.1 Ảnh hưởng trực tiếp vào công trình

Khi động đất xảy ra xuất hiện cỏc dịch chuyển tư ứmột điểm nhất định và lan truyền nhanh chóng theo chiều dài đứt gãy dưới dạng sóng địa chấn Do ảnh hưởng của sóng địa chấn nền đất bị các lực kéo nén xoắn cho nên có thể bị mất ổn định Kết quả sau khi sóng động đất đi qua nền đất có thể bị lún sụt và hoá lỏng Các công trình đặt trên nền đất bị phá hoại do động đất nêu trên đây sẽ bị phá hoại theo

1.2.2 Ảnh hưởng tới nền móng công trình

Khi động đất xảy ra do ảnh hưởng của sóng địa chấn nếu nền đất chưa bị mất ổn định thì công trình đặt trên nền đất sẽ xuất hiện các ứng xử như (chuyển vị, vận tốc, gia tốc) như vậy nội lực, chuyển vị của công trình sẽ vựơt quá các nội lực, chuyển vị tĩnh trước lúc xảy ra động đất và nếu có công trình không được tính toán đầy đủ thì đây là nguyên nhân trực tiếp dẫn đến sự hư hại và phá hoại các công trình nằm trong vùng động đất

1.2.3 Ảnh hưởng tới công trình cầu

MỘT VÀI KHÁI NIỆM VỀ ĐỘNG ĐẤT

Do các tác hại to lớn to lớn của động đất đối với công trình như vậy mà hiện nay khi thiết kế thi công nói chung và công trình cầu nói riêng trong vùng có nguy cơ xảy ra động đất người ta đã đưa ra nhiều phương pháp tính toán cũng như các chi tiết cấu tạo nhằm đảm bảo an toàn cho công trình

1.3 MỘT VÀI KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ ĐỘNG ĐẤT [1]:

Chấn tiêu là điểm trong vỏ trái đất, nơi bức xạ các sóng địa chấn đầu tiên phù hợp với tính toán theo số liệu quan sát Trong địa chấn công trình, người ta có thể hiểu chấn tiêu với nghĩa rộng hơn, đó là cả vùng đứt đoạn trong vỏ trái đất

Hình chiếu theo phương thẳng đứng của chấn tiêu lên mặt đất gọi là chấn tâm (epicenter,epifocus) Nếu không có số liệu quan trắc của các trạm địa chấn, chấn tâm thường được xác định trên cơ sở kết quả khảo sát các phá huỷ như là điểm có cường độ chấn động mạnh nhất Thường thì điểm này không hoàn toàn trùng với chấn tâm xác định theo số liệu quan trắc bằng máy Để tương ứng với việc hiểu chấn tiêu với nghĩa rộng, là cả vùng đứt đoạn trong vỏ trái đất trong địa chấn công trình ta có vùng chấn tâm, là hình chiếu theo phương thẳng đứng của vùng chấn tiêu lên mặt đất

Thường thì điểm có cường độ chấn động mạnh nhất nằm ở trung tâm của vùng này, trong khi chấn tâm xác định theo số liệu quan sát bằng máy có thể nằm đâu đó trong vuứng

1.3.3 Độ sâu chấn tiêu, khoảng cách chấn tiêu, khoảng cách chấn tâm Độ sâu chấn tiêu là khoảng cách từ chấn tiêu lên mặt đất, tức là khoảng cách giữa chấn tiêu và chấn tâm Khoảng cách chấn tiêu là khoảng cách từ một điểm bất kỳ trên mặt đất đến chấn tiêu Khoảng cách chấn tâm của một điểm là khoảng cách từ điểm đó đến chấn tâm

Khi động đất xảy ra, năng lượng được giải phóng từ chấn tiêu sẽ truyền ra môi trường xung quanh dưới dạng sóng đàn hồi vật lý: sóng dọc, sóng ngang, sóng mặt

Tất cả các sóng¨ vừa nêu trên do động đất gây ra còn gọi là sóng địa chấn

Sóng dọc là loại sóng truyền đi nhờ sự thay đổi thể tích môi trường, gây ra biến dạng kéo và nén trong lòng đất Đặc trưng của sóng dọc là truyền đi theo phương từ chấn tiêu đến trạm quan sát, với vận tốc lớn nhất trong các loại sóng địa chấn (V p = 7÷8 km/s), do đó các máy đo địa chấn thường ghi nhận sóng dọc sớm nhất.

Sóng ngang (sóng thứ cấp S) được truyền đi theo phương vuông góc với sóng dọc, có vận tốc nhỏ hơn sóng dọc (V s = 4÷5 km/s) Sóng ngang không làm thay đổi thể tích mà chỉ gây nên hiện tượng xoắn và cắt môi trường (nên còn gọi chúng là sóng cắt)

Sóng dọc và sóng ngang khi truyền đến mặt đất sẽ tạo thành sóng mặt Sóng mặt gây ra sự dịch chuyển của nền đất ở độ sâu nhỏ Đặc điểm của sóng mặt tương tự sóng biển, gây ra hiện tượng kéo và cắt mặt đất Tốc độ truyền sóng mặt phụ thuộc vào tính chất vật lý của lớp đất phủ Đất càng cứng thì tốc độ truyền sóng mặt càng cao, có thể đạt từ 1,5 đến 15 km/s.

Nền đất yếu, vận tốc truyền sóng mặt sẽ giảm (0,5 - 1,5)

Nguyên tắc để xác định chấn tiêu

Do sóng dọc có vận tốc lớn hơn vận tốc sóng ngang, nên sau một khoảng thời gian T ps tính từ thời điểm nhận được tín hiệu sóng dọc mới nhận được tín hiệu sóng ngang

Thời gian T ps được gọi là thời gian rung động mở đầu Từ đó có thể xác định được khoảng cách chấn tiêu và chấn tâm của một trận động đất tới điểm đặt máy đo Khi có số liệu ghi được tại ít nhất ba điểm khác nhau bằng các thuật toán thông thường sẽ xác định được chấn tiêu và chấn tâm của một trân động đất

Khi tăng khoảng cách D từ trạm quan sát đến chấn tâm thời gian lan truyền sóng địa chấn cũng tăng lên Qua tập hợp và so sánh các số liệu ghi lại được ở các trạm đo địa chấn khác nhau, người ta đã thiết lập mối quan hệ giữa khoảng cách D với thời gian truyền sóng Qua xử lý nhận thấy: mối quan hệ giữa khoảng cách D với thời gian truyền có giá trị chung cho tất cả các trận động đất và không phụ thuộc vào vị trí chấn tâm, từ đó có thể kết luận rằng các điều kiện đàn hồi trong lòng đất được phân chia xung quanh tâm quả đất theo một qui luật gần như đối xứng Kết quả, đứng về phương diện nghiên cứu động đất, quả đất coi như cấu tạo từ những lớp có dạng xấp xỉ hình cầu đồng tâm với các tính chất cơ lý như nhau Kết luận này đã cho phép áp dụng lý thuyết đàn hồi vào việc phân tích sóng địa chấn

Phân chia các dạng dao động nền Nhóm 1

Chỉ có một kích động: xảy ra ở gần chấn tâm, trên nền cứng trong động đất có độ sâu chấn tiêu nhỏ Dao động với chu kỳ nhỏ (khoảng 0,2s hoặc nhỏ hơn)

Chuyển động kéo dài và không đều Động đất thường xảy ra ở các khu vực nền cứng với khoảng cách chấn tiêu không lớn, do đó năng lượng phân bố rộng rãi Chu kỳ của các chuyển động này dao động trong khoảng 0,05-0,5 giây hoặc 2,5-6 giây Đáng chú ý, phần lớn động đất xảy ra trong vành đai Thái Bình Dương đều thuộc loại này.

Chuyển động kéo dài, chu kỳ biểu hiện rõ ràng, nó xảy ra trong các trận động đất như nhóm 2 nhưng sóng địa chấn truyền qua tầng lớp đất yếu và liên tiếp phản xạ trên mặt ngăn cách các lớp

Chuyển động kèm theo biến dạng dư lớn Đặc điểm dao động nền đất trong động đất mạnh tác động đến công trình có những đặc điểm sau:

1 Quá trình dao động là quá trình không dừng với biên độ và chu kì biến động

2 Quá trình dao động ấy gồm ba pha chính:

- Pha đầu - biên độ tương đối nho, tần số dao động cao

ĐỘ NGUY HIỂM ĐỘNG ĐẤT CỦA MỘT LÃNH THỔ

1.4.1 Tiêu chí để xác định độ nguy hiểm của động đất Độ nguy hiểm động đất của một lãnh thổ được đặc trưng bởi các thông số cơ bản sau ủaõy:

1/ Cường độ chấn động cực đại và các nguồn phát sinh động đất có thể gây ra nó 2/ Tần suất lặp lại chấn động các cấp l≥6 (theo thang MSK - 64) Thay vì cấp động đất, có thể đánh giá cường độ chấn động bằng gia tốc cực đại, dịch chuyển cực đại của dao động nền đất trong động đất mạnh

Các đặc trưng dao động nền đất bao gồm tần số dao động, gia tốc mặt đất đỉnh, thời gian rung chuyển, phổ phản ứng, biên dạng thời gian dao động và phổ công suất mặt phẳng Những đặc trưng này ảnh hưởng mạnh mẽ đến phản ứng động lực của các công trình trên nền đất trong động đất Dựa vào các đặc trưng này, các giải pháp kháng chấn được đưa ra nhằm đảm bảo an toàn cho người và công trình như quy hoạch xây dựng hợp lý, xác định cấp động đất thiết kế, lựa chọn giải pháp xây dựng kháng chấn phù hợp, tiết kiệm và hiệu quả.

1.4.2 Phân vùng động đất trên thế giới

Trên thế giới hầu hết các chấn tâm của động đất tập trung theo hai giải chính

Giải thứ nhất Giải thứ nhất tập trung nhiều chấn tâm hơn cả nằm xung quanh Thái Bình Dương

Về phía châu Mỹ, giải này chạy suốt gần bờ phía tây, trong đó nổi tiếng nhất là trận động đất do vết đứt dãy San - Adrea káo dài 300km

Về phía châu Á, giải chấn tâm bắt đầu từ bán đảo Kamtrastka và kéo dài qua Nhật Bản, Philippin, Malayxia, Inđônexia, Tân Tây Lan, các đảo Fiji, Solomon

Giải thứ hai Giải chấn tâm thứ hai bắt đầu từ quần đảo Sit qua Bồ Đào Nha, Tây Ban Nha, Nam Tư, Rumani, Bungari, dọc bờ biển bắc Phi, Síp, Hy Lạp, Tiểu Á, Thổ Nhĩ Kỳ, Irac, Iran, Bắc Apganitan, Ấn Độ, tây bắc dãy Himalaya, kéo qua Miama và ngoặc xuống theo hướng đông nam

Vùng khác Ngoài ra chấn tâm các trận động đất còn nằm rải rác ở Trung Quốc, Trung Đông và một số vùng khác.

PHÂN VÙNG ĐỘNG ĐẤT Ở VIỆT NAM

Độ nguy hiểm động đất lãnh thổ Việt Nam bước đầu đã được nghiên cứu đánh giá trong đề tài cấp nhà nước: "Cơ sở dữ liệu cho các giải pháp giảm nhẹ hậu quả động đất ở Việt Nam" và thể hiện trên tập bản đồ phân vùng động đất lãnh thổ Việt Nam, bao goàm:

Bản đồ các vùng phát sinh động đất mạnh (MS≥5.0) và phân vùng cấp chấn động cực đại I max dự đoán

Bản đồ tần suất lặp lại chấn động các cấp l≥6, 7, 8 (MSK - 64)

Bản đồ phân vùng chấn động với xác suất xuất hiện≥10% trong các khoảng thời gian 20, 50 và 100 năm Đặc trưng dao động nền đất thì mới đựơc nghiên cứu cho một số địa phương như Hà Nội và một số địa điểm xây dựng các công trình thuỷ điện và giao thông lớn

1.5.1 Tần suất trung bình của động đất

Kết quả phân tích tài liệu lịch sử, tài liệu điều tra thực địa và số liệu quan trắc bằng máy đã phát hiện (đến năm 1995) hơn 700 trận động đất magnitude MS≤7.0 xảy ra trên lãnh thổ Việt Nam Chấn tâm các động đất có magnitude MS≥5.0 vẽ trên bản đồ Chỉ riêng trong khoảng thời gian 1900 - 1995 trên lãnh thổ Việt Nam đã xảy ra một số trận động đất sau:

Hai trận động đất magnitude MS = 6.7 - 6.8, cấp động đất ở chấn tâm l 0 = 8 - 9 theo thang MSK - 64

Hai trận với magnitude MS = 5.6 - 6.0, l0 = 6 – 7

Từ đồ thị lặp lại động đất ở các vùng miền Bắc Việt Nam, miền Nam Việt Nam, vùng Đông Bắc và vùng Tây Bắc đánh giá được tần suất trung bình của động đất ở các vùng đó, kết quả ghi trong bảng

Tần suất động đất trong các vùng lãnh thổ ở Việt Nam Tần suất động đất

Mieàn Nam Vieọt Nam (ủũa khoỏi Indosini)

Vuứng ẹoõng Baộc Vieọt Nam (nền hoạt động Hoa Nam)

Vuứng Taõy Baộc Vieọt Nam (mieàn uoỏn neỏp Baộc Vieọt Nam)

1.5.2 Những trận động đất mạnh đã xảy ra tại Việt Nam

Những trận động đất mạnh với MS≥4.6, l0≥6 không xảy ra ở khắp mọi nơi mà tập trung trong một số đới hẹp gắn liền với các đứt gãy kiến tạo sâu hoạt động, thường là ranh giới giữa các đơn vị cấu trúc chính trên lãnh thổ Những trận động đất mạnh nhất ở nước ta đã xảy ra trong những năm gần đây là:

Trận động đất Điện Biên ngày 2.12.1935 và Tuần Giáo ngày 24.6.1983 với magnitude 6.7 - 6.8 độ Richter và độ sâu chấn tiêu h = 23 - 25 km, các trận động đất này đã gây ra chấn động l 0 = 8 - 9 ở vùng chấn tâm, rộng tới 2500 km 2 và gây chấn động cấp 7 trong một vùng rộng tới 13000 km 2 Nhiều nhà cửa công trình bị phá hủy và hư hại, trượt lở lớn đã lấp hàng trăm hécta hoa màu dưới thung lũng, nứt đất trong vùng chấn rộng 10 – 15cm và kéo dài hàng chục km, nhiều người chết và bị thương

- Trận động đất Lục Yên 11.1954 trên đứt gãy Sông Chảy

- Trận động đất Bắc Giang 12.06.1961 trên đứt gãy Đông Triều v.v

1.5.3 Những trận động đất mạnh đã xảy ra ở nước ngoài

Trận động đất Kô-Bê tại Nhật xảy ra vào năm 1995, gây hư hỏng nặng hệ thống đường cao tốc, hư hỏng nặng đường lưới cao tốc, các hệ thống thông tin liên lạc và chỉ huy của ngành giao thông, hư hỏng hệ thống ngầm của các tuyến tàu điện ngầm cũng như một số nhà ga, và làm nhiều người chết và bị thương.

DỰ ĐOÁN KHẢ NĂNG XẢY RA ĐỘNG ĐẤT MẠNH Ở VIỆT NAM

Các trận động đất đã nêu trên đã xảy ra ở các vùng đứt gẫy, ở các phần khác của đứt gẫy và ở nhiều đứt gãy sâu hoạt động thì động đất với magnitude cực đại có khả năng xảy ra nhưng ở đó vẫn chưa quan sát được Để dự báo magnitude động đất cực đại có khả năng xảy ra trên các đứt gẫy sâu hoạt động, theo Nguyễn Đình Xuyên, công thức thực nghiệm về mối liên quan giữa giới hạn trên của magnitude với kích thước của đứt gãy là:

L – chiều dài đoạn đứt gãy nguyên vẹn bị cắt ra bởi 2 đứt gãy khác có quy mô bằng hoặc lớn hơn

H – Bề dày của tầng sinh chấn

1.6.1 Đặc điểm các trận động đất ở Việt Nam

Đặc điểm địa chấn của Việt Nam thể hiện ở lớp động đất mềm, tức là chấn tiêu nông nhưng năng lượng giải phóng nhỏ so với bình thường.

Nên thường cho kết quả đánh giá M Smax thấp hơn giá trị đánh giá theo các công thức trung bình toàn cầu và ở nhiều khu vực khác Độ sâu tối thiểu của chấn tiêu động đất magnitude MS chấn động mà động đất có thể gây ra trên mặt đất ở vùng chấn tâm cũng như ở khoảng cách chấn tâm Δ có thể đánh giá được theo công thức thực nghiệm sau:

0.25 M S = 0.30; h min (M S ) (km) = 10 l 0 (MSK – 64) = 1.45M S – 3.2lgh + 2.8 l Δ (MSK – 64) = 1.45MS – 3.2l Δ 2 +h 2 + 2.8 h min (MS) là độ sâu tối thiểu của chấn tiêu động đất Magnitude M S còn động đất magitude M S có thể có chấn tiêu ở độ sâu h ≥ h min

Trên cơ sở các tài liệu địa chất – địa vật lý và động đất đã xác định các vùng phát sinh động đất trên lãnh thổ Việt Nam, đánh giá các đặc trưng của chấn tiêu động đất cực đại trong các vùng và chấn động mà chúng có thể gây ra trên mặt đất bằng các công thức nêu trên Các vùng phát sinh động đất mạnh và các đặt trưng địa chấn của chúng được liệt kê trong hình vẽ Chấn động cực đại l max (MSK – 64) cũng được khoanh vùng trên bản đồ này Cấp động đất trên bản đồ được đánh giá cho nền đất trung bình, đó là nền sét, sét cát với mực nước ngầm sâu 2 – 5m

1.6.2 Tần suất lặp lại chấn động trên các vùng lãnh thổ Việt Nam

Tần suất lặp lại chấn động cường độ l (có thể biểu thị bằng cấp động đất, gia tốc cực đại ) tại một địa điểm là số lần xuất hiện chấn động cường độ l trong một năm tại điểm đó Cũng như tần suất bão, lũ lụt, tần suất động đất là đại lượng quan trọng dùng để quyết định cấp động đất thiết kế Tần suất chấn động cường độ l tại một điểm được tính là tổng tần suất chấn động l mà động đất từ tất cả các vùng phát sinh có thể gây ra ở điểm đó:

Sử dụng bản đồ các vùng phát sinh động đất mạnh, người ta đã lập được bản đồ tần suất chấn động các cấp l ≥ 6, 7, 8 (MSK – 64) cho lãnh thổ Việt Nam Nhiều vùng có tần suất chấn động cao điển hình như:

Như ở vùng Tây Bắc, dọc theo các đới Lai Châu – Điện Biên, Sông Mã, Sơn La tần suất chấn động cấp 8 là B i ≥ 8 ≤ 0.005, tần suất chấn động đất 7 là B i ≥ 7 ≤ 0.005

- Ở các vùng Sông Hồng, Sông Cả B i ≥ 8 ≤ 0.002, B i ≥ 7 ≤ 0.005

- Ở các vùng khác, tần suất chấn động thấp hơn

Trên cơ sở các bản đồ tần suất chấn động nói trên người ta đã đưa ra bản đồ phân vùng chấn động với xác suất ≥ 10% trong các khoảng thời gian:

20 năm ứng với bản đồ chấn động tần suất 0.005

50 năm ứng với bản đồ chấn động tần suất 0.002

50 năm ứng với bản đồ chấn động tần suất 0.002

- Qua nghiên cứu tổng quan về sự tác động của động đất, qua thực tế thiết kế các công trình ở Việt Nam từ trước đến nay, hầu như xem nhẹ ảnh hưởng của động đất, chỉ có một số công trình được thiết kế gần nay đang có tính đến động đất

- Và thực tiễn cho thấy Việt Nam cũng nằm trong vùng có chịu ảnh hưởng của động đất

- Vì vậy nội dung luận văn nghiên cứu các biện pháp bảo vệ cầu khi bị tác động của động đất là rất cấp thiết

CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH CÔNG TRÌNH CHỊU ĐỘNG ĐẤT

Khi động đất xảy ra, ứng suất động và biến dạng tại nền móng gây ra chuyển vị đất nền, dẫn đến sự chuyển vị của cấu trúc móng và toàn bộ công trình Các phản ứng động như dịch chuyển, gia tốc, vận tốc xuất hiện, dẫn đến sự thay đổi trạng thái ứng suất và biến dạng bên trong hệ kết cấu Để đánh giá hành vi động của công trình dưới tác động của động đất, các phương pháp tính toán chủ yếu là phương pháp tĩnh và phương pháp động.

Quy trình động đất của tất cả các nước hiện nay vẫn chủ yếu dựa vào phương pháp tĩnh, phương pháp động được dùng để chính xác hóa tính toán cho các công trình lớn

Theo phương pháp tĩnh, toàn bộ công trình được coi như một vật rắn tuyệt đối đặt trên nền đất Khi có động đất công trình sẽ chuyển động cùng với đất nền với gia tốc ơ(t) lực động đất tỏc dụng lờn cụng trỡnh cú phương nằm ngang được xỏc đinh bằng:

Trong đó: G – trọng lượng công trình

Và gọi là hệ số động đất thì phương trình (2.1) có dạng:

Tương tự như vậy, lực động đất tác dụng lên một bộ phận thư k nào đó của công trình có trọng lượng G k xác định theo công thức:

Hệ số động đất λ được xác định trên cơ sở thực nghiệm, phụ thuộc vào nhiều yếu tố như cường độ, gia tốc địa chấn, đặc điểm địa chất của đất nền nơi đặt công trình, chu kỳ dao động địa chấn, móng cứng hay mềm, loại kết cấu chịu lực và vật liệu xây dựng, độ lớn và sự phân bố khối lượng lên công trình, độ cứng ngang dọc của kết cấu, chu kỳ dao động riêng của công trình, khả năng giảm chấn của kết cấu, tác dụng tương hổ nền đất và công trình Ưu điểm cơ bản của phương pháp tĩnh là việc tính toán đơn giản và có thể xác định lực tác dụng cho các công trình có hình dáng bất kỳ Tuy nhiên phương pháp này không phản ánh được trạng thái chịu lực của công trình khi chịu động đất Khả năng chịu lực của công trình tính theo phương pháp tĩnh cũng thường nhỏ hơn nhiều so với thực tế đặc biệt là động đất cấp cao Điều này là do khi chịu động đất, công trình có thể làm việc ở trạng thái ở trạng thái dẻo, thực tế rất khó giữ được trạng thái làm việc đàn hồi khi gặp động đất cao.

CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH CÔNG TRÌNH CHỊU ĐỘNG ĐẤT.10 2.1 PHƯƠNG PHÁP TĨNH

PHƯƠNG PHÁP ĐỘNG

Phương pháp động dựa trên cơ sở lập và giải các phương trình vi phân chuyển động Bài toán phản ánh tình hình làm việc thực tế của công trình khi chịu động đất

Tuy nhiên độ phức tạp của bài toán sẽ tăng nhanh theo độ chính xác mong muốn của công trình khi tăng số bậc tự do của hệ và xét đến yếu tố cản của công trình, môi trường, sự tương tác của đất nền và kết cấu

2.2 1 Phổ phản ứng của công trình có một bậc tự do [2], [3]:

Nhiều công trình có khối lượng tập trung chủ yếu chỉ vào một điểm, ví dụ kết cấu nhịp đặt trên trụ cầu, các mố trụ dẻo trong đó trọng lượng của một trụ thường nhỏ hơn nhiều so với trọng lượng dầm mặt cầu nên có thể bỏ qua Các công trình như trên đều có thể đưa về một thanh thẳng đứng không trọng lượng chịu uốn mang một khối lượng tập trung trên đỉnh, như vậy có thể biểu diễn công trình bằng sơ đồ một bậc tự do gồm một thanh đàn hồi một đầu ngàm vào nền đất, một đầu tự do mang khối lượng m (hình 2.1) m

Hình 2-1: Mô hình một bậc tự do

Chuyển vị của đầu ngàm do động đất được biểu thị bằng hàm gia tốc ơ(t) Khối lượng chỉ chuyển vị ngang và thanh đàn hồi chỉ chịu uốn

Khi động đất, nền đất có chuyển vị V O (t), khối lượng m có chuyển vị V(t) Phương trình dao động sẽ là: m[V 0 (t)+V (t)]+CV (t)+kV(t)=0 2.5 Hoặc mV 0 (t)+CV (t)+kV(t)=−mV (t) 2.6

Trong đó: m[V 0 (t)+V (t)] - lực quán tính của khối lượng m;

C - hệ số cản nhớt của thanh đàn hồi; k – hệ số độ cứng của thanh đàn hồi đặc trưng cho phần tiên hao và phân tán năng lượng;

CV (t)- lực cản nhớt; kV(t) - lực đàn hồi

Các đại lượng m,C,k là các đặc trưng của công trình và được coi là các hằng số trong thời gian dao động Khi có động đất, khối lượng m tích lũy động năng, thanh đàn hồi có độ cứng k tích lũy thế năng còn −mV (t) là lực kích thích cung cấp năng lượng cho coâng trình

V 0 (t)+2βV (t)+ω 2 V(t)=−V (t) 2.8 Nghiệm của phương trình (2.8) bằng tổng nghiệm riêng và nghiệm tổng quát của phương trình thuần nhất tương ứng

Nghiệm tổng quát của phương trình (8.23) phụ thuộc vào nghiệm cuửa phương trình đặc trưng λ 2 +2βλ+ω 2 =0 Nghiệm phương trình này là: λ 1 , 2 =−β ± β 2 −ω 2 2.10

Nếu β 2 −ω 2 = 0 hay β =ω thì hệ số cản C được gọi là hệ số cản tới hạn và được ký hiệu là C 0

/ 0 2 gọi là yếu tố cản tới hạn, phụ thuộc vào dạng kết cấu và vật liệu xây xây dựng, được xác định theo thực nghiệm

Như đã biết trong lý thuyết dao động, khi:

C = C 0 (v=1) và C > C 0 (V>1) hệ số chuyển động tắt dần không dao động;

C < C 0 (v